CN109545922A - 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109545922A CN109545922A CN201811130738.4A CN201811130738A CN109545922A CN 109545922 A CN109545922 A CN 109545922A CN 201811130738 A CN201811130738 A CN 201811130738A CN 109545922 A CN109545922 A CN 109545922A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan
- layers
- alingan
- ingan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 93
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 33
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 33
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 104
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 88
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
- H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管技术领域。外延片包括：衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，所述外延片还包括载流子阻挡层，所述载流子阻挡层位于所述浅阱层和所述多量子阱层之间，所述载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层，所述AlInGaN层靠近所述浅阱层，所述AlN层靠近所述多量子阱层。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
GaN(氮化镓)是第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有优异的高热导率、耐高温、耐酸碱、高硬度等特型，被广泛应用于制作蓝、绿、以及紫外发光二极管。GaN基LED(Light Emitting Diode，发光二极管)通常包括外延片和设于外延片上的电极。
现有的一种GaN基LED的外延片，其包括衬底、以及依次生长在衬底上的缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层(又称有源层)、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层。当有电流通过时，N型半导体(包括N型掺杂GaN层)的电子和P型半导体(包括P型GaN层)的空穴进入多量子阱层阱区并且复合，发出可见光。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
部分电子进入多量子阱层后会沿N型半导体方向发生电子溢流，造成多量子阱层中与空穴复合的电子数量减少，降低了发光效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，能够减少沿N型半导体方向发生的电子溢流。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片，包括：衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，
所述外延片还包括载流子阻挡层，所述载流子阻挡层位于所述浅阱层和所述多量子阱层之间，所述载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层，所述AlInGaN层靠近所述浅阱层，所述AlN层靠近所述多量子阱层。
可选地，所述AlInGaN层为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5，所述InGaN层为InzGaN层，0.3<z<0.6。
可选地，所述AlInGaN层中In掺入浓度是所述InGaN层中In掺入浓度的30％。
可选地，所述AlInGaN层的厚度为2～8nm，所述InGaN层的厚度为5～15nm，所述AlN层的厚度为1～5nm。
另一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上顺次沉积GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层和浅阱层；
在所述浅阱层上沉积载流子阻挡层，所述载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层；
在所述AlN层上顺次沉积多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层。
可选地，所述AlInGaN层为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5，所述InGaN层为InzGaN层，0.3<z<0.6。
可选地，所述AlInGaN层中In掺入浓度是所述InGaN层中In掺入浓度的30％。
可选地，所述AlInGaN层的厚度为2～8nm，所述InGaN层的厚度为5～15nm，所述AlN层的厚度为1～5nm。
可选地，所述载流子阻挡层的生长温度为750～850℃，生长压力为100～300Torr。
可选地，所述AlInGaN层通过第一反应气体生成，所述第一反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为500-2000，所述第一反应气体包括TMAl、TMIn、TEGa和NH3，或者所述第一反应气体包括TMAl、TMIn、TMGa和NH3；
所述InGaN层通过第二反应气体生成，所述第二反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为2000-5000，所述第二反应气体包括TMIn、TEGa和NH3，或者所述第二反应气体包括TMIn、TMGa和NH3；
所述AlN层通过第三反应气体生成，所述第三反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为300-2000，所述第三反应气体包括TMAl和NH3。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在浅阱层和多量子阱层之间设置一载流子阻挡层，该载流子阻挡层中，AlInGaN层提供势垒，InGaN层提供势阱，AlN层提供势垒，并且，AlInGaN层提供的势垒高度低于AlN层提供的势垒高度，这样，载流子阻挡层的AlInGaN层、InGaN层和AlN层三层形成一个不规则的V型势阱，V型势阱对多量子阱层溢出的电子以及N型半导体(包括N型掺杂GaN层)的电子有减速作用，电子容易在此处聚集，容易形成高迁移率的二维电子气，而由于N型半导体的电子浓度高于载流子阻挡层处聚集的电子浓度，因此，载流子阻挡层处聚集的电子将移动至多量子阱层中与空穴复合，从而减少电子溢流，极大的提高了器件的发光效率，发光更均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片，参见图1，该外延片包括：衬底11、GaN缓冲层12、GaN非掺杂层13、N型掺杂GaN层14、浅阱层15、多量子阱层17、电子阻挡层18、P型GaN层19、以及P型接触层20。外延片还包括载流子阻挡层16，载流子阻挡层16位于浅阱层15和多量子阱层17之间。载流子阻挡层16包括顺次层叠的AlInGaN层161、InGaN层162和AlN层163。AlInGaN层161靠近浅阱层15，AlN层163靠近多量子阱层17。
载流子阻挡层16中，AlInGaN层161提供势垒，InGaN层162提供势阱，AlN层163提供势垒，并且，AlInGaN层161提供的势垒高度低于AlN层163提供的势垒高度，这样，载流子阻挡层16的AlInGaN层161、InGaN层162和AlN层163三层形成一个不规则的V型势阱，V型势阱对多量子阱层17溢出的电子以及N型半导体(包括N型掺杂GaN层14)的电子有减速作用，电子容易在此处聚集，容易形成高迁移率的二维电子气，而由于N型半导体的电子浓度高于载流子阻挡层16处聚集的电子浓度，因此，载流子阻挡层16处聚集的电子将移动至多量子阱层中与空穴复合，从而减少电子溢流，极大的提高了器件的发光效率，发光更均匀。此外，AlN层163提供的势垒具有较高的势垒高度，能够对多量子阱阱层17溢出的空穴进行阻挡，增多了多量子阱层17中载流子数量，提高了载流子复合效率，极大的提高了器件的发光效率。
示例性地，浅阱层15包括若干层叠的第一量子阱垒层，第一量子阱垒层包括第一InGaN阱层和第一GaN垒层。第一InGaN阱层为Inx’Ga1-x’N层，0<x’<0.1。第一量子阱垒层的数量可以是5-20。第一InGaN阱层的厚度可以是1-4nm，第一GaN垒层的厚度可以是10-30nm。
由于AlInGaN层161具有In组分，而第一InGaN阱层也具有In组分，因此，通过AlInGaN层161靠近浅阱层15，即载流子阻挡层16生长于浅阱层15之上，能够在晶体结构上更好地与浅阱层15进行匹配，提高晶体生长质量。
示例性地，AlInGaN层161为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5；InGaN层162为InzGaN层，0.3<z<0.6。
示例性地，AlInGaN层161中In掺入浓度是InGaN层162中In掺入浓度的30％。
AlInGaN层161中In组分的含量较少，InGaN层162中In组分的含量较多。AlInGaN层161中In组分的含量过多会导致载流子阻挡层16形成的势阱太深，电子填充势阱的时间较长，这样将导致外延片制成的发光二极管存在延迟点亮现象。AlInGaN层161中In组分的含量过少会影响晶体生长质量。当AlInGaN层161为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5；InGaN层162为InzGaN层，0.3<z<0.6时，制成的外延片具有较好的晶体质量，并且避免了延迟点亮现象。当进一步满足AlInGaN层161中In掺入浓度是InGaN层162中In掺入浓度的30％时，制成的外延片具有更好的晶体质量。
示例性地，AlInGaN层161的厚度为2～8nm，InGaN层162的厚度为5～15nm，AlN层163的厚度为1～5nm。
载流子阻挡层16中，各个子层(AlInGaN层161、InGaN层162和AlN层163)厚度偏厚或者偏薄，LED的光效都有明显的下降。比如InGaN层162如果偏厚或偏薄，内量子效率将明显下降，且偏厚也容易产生延迟点亮现象。又如AlN层163的厚度偏厚可能会阻挡少量电子进入多量子阱层17，AlN层163的厚度偏薄可能会减弱对电子溢流的抑制作用。当AlInGaN层161的厚度为2～8nm，InGaN层162的厚度为5～15nm，AlN层163的厚度为1～5nm时，LED的光效较强。并且，各个子层的厚度与各个子层中的Al组分、In组分的含量是相搭配的，当AlInGaN层161为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5；InGaN层162为InzGaN层，0.3<z<0.6，并且AlInGaN层161的厚度为2～8nm，InGaN层162的厚度为5～15nm，AlN层163的厚度为1～5nm时，制得的LED的电压维持不变，光效最强。
示例性地，多量子阱层17包括若干层叠的第二量子阱垒层，第二量子阱垒层包括第二InGaN阱层和第二GaN垒层。第二InGaN阱层为Iny’Ga1-y’N层，0.2<y’<0.5。第二量子阱垒层的数量可以是6-15。第二InGaN阱层的厚度可以是2-5nm，第二GaN垒层的厚度可以是5-15nm。
示例性地，P型GaN层19为高温P型GaN层，该外延片还包括低温P型GaN层(图未示出)，该低温P型GaN层位于多量子阱层17和电子阻挡层18之间。
图2示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，参见图2，该方法流程包括如下步骤。
步骤101、提供衬底。
步骤102、在衬底上顺次沉积GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层和浅阱层。
步骤103、在浅阱层上沉积载流子阻挡层。
其中，载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层。
步骤104、在AlN层上顺次沉积多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层。
本发明实施例通过在浅阱层和多量子阱层之间设置一载流子阻挡层，该载流子阻挡层中，AlInGaN层提供势垒，InGaN层提供势阱，AlN层提供势垒，并且，AlInGaN层提供的势垒高度低于AlN层提供的势垒高度，这样，载流子阻挡层的AlInGaN层、InGaN层和AlN层三层形成一个不规则的V型势阱，V型势阱对多量子阱层溢出的电子以及N型半导体(包括N型掺杂GaN层)的电子有减速作用，电子容易在此处聚集，容易形成高迁移率的二维电子气，而由于N型半导体的电子浓度高于载流子阻挡层处聚集的电子浓度，因此，载流子阻挡层处聚集的电子将移动至多量子阱层中与空穴复合，从而减少电子溢流，极大的提高了器件的发光效率，发光更均匀。此外，AlN层提供的势垒具有较高的势垒高度，能够对多量子阱阱层溢出的空穴进行阻挡，增多了多量子阱层中载流子数量，提高了载流子复合效率，极大的提高了器件的发光效率。
图3示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，该制备方法可以采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现。在该制备方法中，以高纯H2(氢气)、以及N2(氮气)作为载气，以TMGa(三甲基稼)或者TEGa(三乙基稼)作为Ga源，以TMAl(三甲基铝)作为Al源，以TMIn(三甲基铟)作为In源，以NH3(氨气)作为N源，用SiH4(硅烷)作为N型掺杂剂，用CP2Mg(二茂镁)作为P型掺杂剂。参见图3，该方法流程包括如下步骤。
步骤201、提供衬底。
其中，将衬底放置到MOCVD设备的反应室内的衬底托盘上，并关闭反应室。示例性地，该衬底为蓝宝石(Al2O3)衬底。
步骤202、对衬底进行退火处理。
示例性地，退火处理包括：先将蓝宝石衬底在1000-1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理。
步骤203、在衬底上沉积GaN缓冲层。
在完成衬底退火处理完成后，将反应室内温度下降到500-650℃，生长一层厚度为2-8nm的低温GaN缓冲层。其中，生长压力为50-200Torr，反应气体中V/III比(Ⅴ/Ⅲ族元素比)为50-300，托盘的转速为200-600r/min。
步骤203还可以包括：对低温GaN缓冲层进行退火处理。
示例性地，将反应室内温度升高至1000-1100℃，退火3～10min。
步骤204、在GaN缓冲层上沉积GaN非掺杂层。
在低温GaN缓冲层生长结束后，将反应室内温度调节至1000-1200℃，生长一层外延生长厚度为1-2μm的GaN非掺杂层，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为200-3000。
步骤205、在GaN非掺杂层上沉积N型掺杂GaN层。
在GaN非掺杂层生长结束后，生长一层Si掺杂浓度稳定的n型掺杂GaN层，厚度为1.5-3.5μm，生长温度为950-1150℃，生长压力为100-400Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为400-3000。
步骤206、在N型掺杂GaN层上沉积浅阱层。
n型掺杂GaN层生长结束后，生长浅阱层。浅阱层包括若干层叠的第一量子阱垒层，第一量子阱垒层包括第一InGaN阱层和第一GaN垒层。第一InGaN阱层为Inx’Ga1-x’N层，0<x’<0.1。第一量子阱垒层的数量可以是5-20。第一InGaN阱层的厚度可以是1-4nm，第一GaN垒层的厚度可以是10-30nm。
示例性地，第一InGaN阱层的生长温度为750-850℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-10000。第一GaN垒层的生长温度为850-950℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-10000。
步骤207、在浅阱层上沉积载流子阻挡层。
其中，载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层。步骤207包括如下步骤。
第一步、在浅阱层上沉积AlInGaN层。
在浅阱层上沉积厚度为2～8nm的AlInGaN层。
示例性地，AlInGaN层的生长温度为750～850℃，生长压力为100～300Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-2000。
示例性地，AlInGaN层为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5。
示例性地，AlInGaN层为AlInGaN非掺杂层。
第二步、在AlInGaN层上沉积InGaN层。
在AlInGaN层生长完后，关闭Al源，修改In源流量，生长一层厚度5～15nm的InGaN层。
示例性地，InGaN层的生长温度为750～850℃，生长压力为100～300Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为2000-5000。
示例性地，InGaN层为InzGaN层，0.3<z<0.6。
示例性地，AlInGaN层中In掺入浓度是InGaN层中In掺入浓度的30％。
示例性地，InGaN层为InGaN非掺杂层。
第三步、在InGaN层上沉积AlN层。
在InGaN层生长结束后，关闭In源和Ga源，打开Al源，生长一层厚度为1～5nm的AlN层。
示例性地，AlN层的生长温度为750～850℃，生长压力为100～300Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为300-2000。
步骤208、在载流子阻挡层上沉积多量子阱层。
在载流子阻挡层生长结束后，生长多量子阱层。多量子阱层包括若干层叠的第二量子阱垒层，第二量子阱垒层包括第二InGaN阱层和第二GaN垒层。第二InGaN阱层为Iny’Ga1-y’N层，0.2<y’<0.5。第二量子阱垒层的数量可以是6-15。第二InGaN阱层的厚度可以是2-5nm，第二GaN垒层的厚度可以是5-15nm。
示例性地，第二InGaN阱层的生长温度为700-850℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为2000-20000。第二GaN垒层为n型掺杂，第二GaN垒层的生长温度为850-950℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为2000-20000。
步骤209、在多量子阱层上沉积低温P型GaN层。
在多量子阱层生长结束后，生长厚度为30-120nm的低温P型GaN层，生长温度为700-800℃，生长时间为3-15min，压力为100-600Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为1000-4000。
需要说明的是，步骤209为可选步骤，即低温P型GaN层是可选地。也可以在多量子阱层上直接沉积电子阻挡层。
步骤210、在低温P型GaN层上沉积电子阻挡层。
在低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50-150nm的P型AlGaN电子阻挡层，生长温度为900-1000℃，生长时间为4-15min，生长压力为50-300Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为1000-10000。
步骤211、在电子阻挡层上沉积高温P型GaN层。
在P型AlGaN层生长结束后，生长厚度为50-150nm的高温P型GaN层。高温P型GaN层的生长温度为900-1050℃之间，生长时间为10-20min，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-4000。
步骤212、在高温P型GaN层上沉积P型接触层。
在高温P型GaN层生长结束后，生长厚度为3-10nm的P型接触层。P型接触层的生长温度为700-850℃，生长时间为0.5-5min，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为10000-20000。
在外延片生长结束后，将反应室的温度降至600-900℃，在PN2气氛进行退火处理10-30min，而后逐渐降至室温。随后，将外延片经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续加工工艺制成单颗10*45mil的LED芯片。
示例性地，基于图3示出的制备方法可以制备出一种GaN基LED外延片，该外延片包括衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、载流子阻挡层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层，AlInGaN层靠近浅阱层，AlN层靠近多量子阱层。载流子阻挡层中，AlInGaN层的厚度为2～4nm，InGaN层的厚度为10～15nm，AlN层的厚度为1～3nm。并且，AlInGaN层为AlxInyGaN层，y＝0.15；InGaN层为InzGaN层，z＝0.45。经过LED芯片测试后发现，相比于由未加载流子阻挡层的外延片制得的LED芯片，由该外延片制得的LED芯片的光效提升近5％左右。
示例性地，基于图3示出的制备方法可以制备出一种GaN基LED外延片，该外延片包括衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、载流子阻挡层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层，AlInGaN层靠近浅阱层，AlN层靠近多量子阱层。载流子阻挡层中，AlInGaN层的厚度为5～8nm，InGaN层的厚度为5～10nm，AlN层的厚度为3～5nm。并且，AlInGaN层为AlxInyGaN层，y＝0.15；InGaN层为InzGaN层，z＝0.45。经过LED芯片测试后发现，相比于由未加载流子阻挡层的外延片制得的LED芯片，由该外延片制得的LED芯片的光效提升近2.6％左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种GaN基发光二极管外延片，包括：衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，其特征在于，
所述外延片还包括载流子阻挡层，所述载流子阻挡层位于所述浅阱层和所述多量子阱层之间，所述载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层，所述AlInGaN层靠近所述浅阱层，所述AlN层靠近所述多量子阱层。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述AlInGaN层为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5，所述InGaN层为InzGaN层，0.3<z<0.6。
3.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述AlInGaN层中In掺入浓度是所述InGaN层中In掺入浓度的30％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的外延片，其特征在于，所述AlInGaN层的厚度为2～8nm，所述InGaN层的厚度为5～15nm，所述AlN层的厚度为1～5nm。
5.一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上顺次沉积GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层和浅阱层；
在所述浅阱层上沉积载流子阻挡层，所述载流子阻挡层包括顺次层叠的AlInGaN层、InGaN层和AlN层；
在所述AlN层上顺次沉积多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述AlInGaN层为AlxInyGaN层，0.1<x<0.6，0.2<y<0.5，所述InGaN层为InzGaN层，0.3<z<0.6。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述AlInGaN层中In掺入浓度是所述InGaN层中In掺入浓度的30％。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述AlInGaN层的厚度为2～8nm，所述InGaN层的厚度为5～15nm，所述AlN层的厚度为1～5nm。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述载流子阻挡层的生长温度为750～850℃，生长压力为100～300Torr。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述AlInGaN层通过第一反应气体生成，所述第一反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为500-2000，所述第一反应气体包括TMAl、TMIn、TEGa和NH3，或者所述第一反应气体包括TMAl、TMIn、TMGa和NH3；
所述InGaN层通过第二反应气体生成，所述第二反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为2000-5000，所述第二反应气体包括TMIn、TEGa和NH3，或者所述第二反应气体包括TMIn、TMGa和NH3；
所述AlN层通过第三反应气体生成，所述第三反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为300-2000，所述第三反应气体包括TMAl和NH3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811130738.4A CN109545922B (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811130738.4A CN109545922B (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109545922A true CN109545922A (zh) | 2019-03-29 |
| CN109545922B CN109545922B (zh) | 2020-10-27 |
Family
ID=65843594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811130738.4A Active CN109545922B (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109545922B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635006A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-31 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基发光二极管外延结构 |
| CN110707188A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-17 | 芜湖德豪润达光电科技有限公司 | 发光二极管以及发光二极管制备方法 |
| CN111883623A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-11-03 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 近紫外发光二极管外延片及其制备方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101640236A (zh) * | 2008-07-29 | 2010-02-03 | 先进开发光电股份有限公司 | 组合式电子阻挡层发光元件 |
| CN103219438A (zh) * | 2013-04-08 | 2013-07-24 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 改善应力释放和载流子存储的发光二极管浅阱生长方法 |
| CN103824912A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-28 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法 |
| CN103824909A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-28 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高GaN基LED发光亮度的外延方法 |
| CN104701428A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-10 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 一种降低led二极管电压的外延方法 |
| CN105679892A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管的外延结构及外延生长方法 |
| CN106025032A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106057996A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-10-26 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106159048A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-11-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN106848017A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-06-13 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN206401345U (zh) * | 2016-07-25 | 2017-08-11 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片 |
| CN107195737A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-22 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN108198921A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-22 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
-
2018
- 2018-09-27 CN CN201811130738.4A patent/CN109545922B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101640236A (zh) * | 2008-07-29 | 2010-02-03 | 先进开发光电股份有限公司 | 组合式电子阻挡层发光元件 |
| CN103219438A (zh) * | 2013-04-08 | 2013-07-24 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 改善应力释放和载流子存储的发光二极管浅阱生长方法 |
| CN103824912A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-28 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种改善GaN基LED反向漏电的外延生长方法 |
| CN103824909A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-28 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高GaN基LED发光亮度的外延方法 |
| CN104701428A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-10 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 一种降低led二极管电压的外延方法 |
| CN105679892A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管的外延结构及外延生长方法 |
| CN106025032A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106057996A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-10-26 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106159048A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-11-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN206401345U (zh) * | 2016-07-25 | 2017-08-11 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片 |
| CN106848017A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-06-13 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN107195737A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-22 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN108198921A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-22 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635006A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-31 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基发光二极管外延结构 |
| CN110707188A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-17 | 芜湖德豪润达光电科技有限公司 | 发光二极管以及发光二极管制备方法 |
| CN111883623A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-11-03 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 近紫外发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN111883623B (zh) * | 2020-06-11 | 2022-03-18 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 近紫外发光二极管外延片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109545922B (zh) | 2020-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106410005B (zh) | 一种氮化镓基led外延片及其生长方法 | |
| CN106784210B (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN101359710B (zh) | 一种绿光发光二极管的制造方法 | |
| CN108461592B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN108198921B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN107452843B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109671813B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN106057996A (zh) | 一种发光二极管的外延片及其生长方法 | |
| CN108649109A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN108110098A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN103824908B (zh) | 一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法 | |
| CN109786529A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN109216519A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109326697B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109545922A (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN217641376U (zh) | 一种led外延片及led芯片 | |
| CN109545924A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN116230825B (zh) | 一种氢杂质调控空穴注入层的led外延片及其制备方法 | |
| CN115472718A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN111180563A (zh) | 一种led芯片及其制作方法 | |
| CN109888068B (zh) | 近紫外发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN106711299A (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN106159048A (zh) | 一种发光二极管外延片及其生长方法 | |
| CN109360873A (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109473514A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |